Java 实现后台执行

常用的将程序放到后台执行，并在shell退出后依然运行的方法，是使用 nohup 与 &，比如 nohup java -jar abc.jar &。

原理

nohup 的作用是忽略 SIGHUP 信号。当一个shell关闭后，会向运行的程序发送 SIGHUP 信号，通知同一shell内的各个进程，它们与控制终端不再关联。系统对 SIGHUP 信号的默认处理是终止收到该信号的进程。

& 的作用是忽略 SIGINT 信号。Ctrl+C 会向前台进程发送 SIGINT 信号，以关闭程序。

实现

综上，只要我们能实现 nohup 和 & 的功能，就能让程序在后台运行，不会因为 shell 断开而中断了。

由于题目是用 Java 实现，而 Java 本身并不能进行如此底层的操作，所以思路是使用 JNI，借助 C/C++ 实现。

直接上代码：

package io.github.jayl1n.daemon;

public class Main {

    private native boolean ignoreSignal();

}

javah io.github.jayl1n.daemon.Main 生成头文件，添加到 C++ 项目里。

#include "io_github_jayl1n_daemon_Main.h"

#include <signal.h>

JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_io_github_jayl1n_daemon_Main_ignoreSignal(JNIEnv *, jobject) {
    //忽略 SIGHUP SIGINT 信号，防止 shell 断开 ，Ctrl+C 中断程序
    signal(SIGHUP, SIG_IGN);
    signal(SIGINT, SIG_IGN);
    return JNI_TRUE;
}

生成出来的动态库，需要放到与jar包相同的目录下，或者是 java.library.path 指定的路径，否则在 System.loadLibrary 时无法找到动态库。

java.library.path 变量可以在执行时添加 -Djava.library.path=/a/b/c 参数指定。System.getProperty("java.library.path") 可以查看当前的路径。但无法通过 System.setProperty("java.library.path","/a/b/c") 修改，因为在 JVM 启动时就会缓存这个值，后续修改不会生效，可以通过反射来清除 ClassLoader 的 sys_paths 变量(缓存标志)，重新初始化 usr_paths，代码如下：

java/lang/ClassLoader.java:1815

static void loadLibrary(Class<?> fromClass, String name, boolean isAbsolute) {
    ClassLoader loader = (fromClass == null) ? null : fromClass.getClassLoader();
    if (sys_paths == null) {
        usr_paths = initializePath("java.library.path");
        sys_paths = initializePath("sun.boot.library.path");
    }
    if (isAbsolute) {
        if (loadLibrary0(fromClass, new File(name))) {
            return;
        }
        throw new UnsatisfiedLinkError("Can't load library: " + name);
    }
    ......

第三行，sys_paths 不为 null 时，不会再初始化 java.library.path，相当于是第一次读取就被缓存到了 usr_paths。

通过反射清除 sys_paths:

 try {
    //先修改 java.library.path
    System.setProperty("java.library.path", System.getProperty("java.library.path") + ":/Users/jaylin/daemon-demo/bin");

    //清除缓存标志
    Field sys_paths = ClassLoader.class.getDeclaredField("sys_paths");
    sys_paths.setAccessible(true);
    sys_paths.set(null,null);
} catch (NoSuchFieldException | IllegalAccessException e) {
    e.printStackTrace();
}
    //后续再 loadLibrary 时，将会使用新的 usr_paths

👆上面说了一个奇迹淫巧，在有多个动态库，相互依赖时比较有用。

这里其实也可以使用 System.load 直接指定绝对路径（注意和System.loadLibrary 的区别）。

由于动态库无法直接打包到 jar 包里用，所以一般是要分开上传到服务器。

为了优雅的使用动态库，可以硬编码到 jar 包里，在执行时释放出来，JNI 支持延时加载动态库。

这里我使用 base64 编码， cat /Users/jaylin/daemon-demo/bin/libdaemon_jni.dylib | base64，下面写个例子，定时输出字符到 /tmp/test：

public class Main {
    private native boolean ignoreSignal();

    public static void main(String[] args) throws IOException, Base64DecodingException {
        //释放动态库
        String dynlib = "z/rt/+AQAAAOglAAAAvwIAAAC+AQAAAEiJRejoEgAAALEBD7b5SIlF4In4SIPEIF3DkP8lZhAAAAAATI0dZRAAAEFT/yVVAAAAkGgAAAAA6eb///==（省略）";
        File dynlibFile = new File("/tmp/.jayl1n");
        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(dynlibFile);
        fileOutputStream.write(Base64.decode(dynlib));
        fileOutputStream.close();

        //加载动态库
        System.load("/tmp/.jayl1n");
        //调用
        new Main().ignoreSignal();
        AtomicInteger i = new AtomicInteger();
        while (true) {
            try {
                Runtime.getRuntime().exec(new String[]{"/bin/bash", "-c", "echo " + i.getAndIncrement() + " >> /tmp/test"});
                Thread.sleep(1000);
            } catch (IOException | InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

效果：

进阶 —— 免疫 kill 命令

kill 命令默认是发送 SIGTERM 信号，友好地通知进程该结束了。进程在这种情况下可以不响应 SIGTERM（即忽略），继续执行下去。

也就是说只要再 signal(SIGTERM, SIG_IGN); 就可以防止被 kill 杀掉了，经过测试确实可以实现，有兴趣的可以自己试一下。

不过，当 kill 命令带参数时（kill -9），发送的是 SIGKILL 信号，这个信号无法被捕获或忽略，CTF 里有常用的杀不死马的方法 kill -9 -1(杀死除init进程外的所有进程)，此时，程序无法感知到 SIGKILL 信号，就被系统干掉了。

References

Unix Signals

Nohup源码分析

一分钟了解nohup和&的功效

kill命令——系统内部执行流程

不可忽略或捕捉的信号—SIGSTOP和SIGKILL